Los satélites artificiales

¿Qué es un satélite artificial?

En astronomía, un satélite es un objeto que orbita alrededor de otro objeto de mayor tamaño. Existen dos tipos de satélites: los naturales y los artificiales; con respecto a los primeros, tan solo en nuestro Sistema Solar hay varios, cientos de satélites naturales. Para nosotros, el más conocido es la Luna.

Sobre la atmósfera terrestre orbitan satélites artificiales muy complejos que fueron creados por el ser humano con distintos fines, como:

• Enviar y recibir comunicaciones de uso masivo, como telefonía, televisión o Internet.
• Hacer pronósticos del clima.
• Prestar servicios educativos y de salud en zonas inaccesibles para otras tecnologías más tradicionales.

 Sin embargo, cuando nos referimos a los satélites artificiales, estamos hablando de cualquier objeto no natural que está orbitando alrededor de un cuerpo celeste. Estos objetos suelen tener un objetivo específico, como: entender mejor el universo, las comunicaciones, asuntos meteorológicos, teledetección, navegación, reconocimiento, entre otros.

Incluso, algunos satélites han sido lanzados al espacio con fines militares y de investigación científica.

La mayoría de los satélites artificiales se encuentran orbitando alrededor del planeta Tierra. Tienen una gran importancia en el desarrollo de la tecnología humana y, hoy en día, prácticamente no podríamos vivir sin ellos.

El origen de los satélites artificiales

A mediados del siglo pasado, en plena guerra fría, los científicos comenzaron a explorar la posibilidad de poner en órbita a los satélites artificiales.

• El primer satélite artificial creado por el hombre fue lanzado por los rusos el 4 de octubre de 1957. Bautizado como Sputnik-1 (compañero de viaje), se trataba de un dispositivo muy simple: una bola de aluminio del tamaño aproximado de los balones Nivea con los que jugábamos en la playa, con cuatro antenas y baterías. Dentro del satélite, se instalaron transmisores de radio que enviaban un beep-beep-beep que podía ser escuchado en todo el mundo. Con un peso aproximado de 80 kilos, su funcionalidad era muy sencilla, pero permitió demostrar la posibilidad de enviar elementos que orbitaran alrededor de nuestro planeta, por lo cual lo importante en ese momento era comenzar a pensar en funcionalidades que podían ser cubiertas por los satélites. El lanzamiento del Sputnik supuso el inicio de la era espacial.

• Muy poco después, el 3 de noviembre de 1957, los soviéticos lanzaron de nuevo un satélite más grande, el Sputnik-2, el cual llevaba una importante carga a bordo: la perrita Laika. ¿Se imaginan que en la época actual se realizara algo así, lanzar una perrita que sabemos que moriría en el espacio? Desde luego, lo vemos ahora como una aberración, pero en esos momentos el trato hacia los animales era diferente y primaba el probar cómo se comportaban los seres vivos en el espacio, de cara a iniciar las primeras misiones tripuladas humanas.

• Poco después, los Estados Unidos, que también pugnaban en la carrera espacial, lanzaron el 31 de enero de 1958 su primer satélite, el Explorer-1; este pesaba 30 libras (13.6 kilos), de las cuales más de 18 se trataban de instrumentos científicos, que incluían un detector de rayos cósmicos, detectores de temperatura y un micrófono para escuchar a los micrometeoritos que pudiera alcanzar el satélite.

Explorer-1 estuvo mandando datos a la Tierra durante cuatro meses y cesó sus comunicaciones el 23 de mayo de 1958. Se mantuvo en órbita durante más de una década, reentrando en la atmósfera terrestre el 31 de marzo de 1970. Este satélite es recordado no solo por ser el primero estadounidense, que además demostró la posibilidad de poder hacer ciencia desde el espacio, sino porque gracias a él se descubrieron los Cinturones de Van Allen; esto fue posible porque una de las cargas de pago científica que llevaba el satélite era un contador Geiger, un aparato diseñado para detectar radiación, diseñado por un equipo de la Universidad de Iowa y liderado por James Afred Van Allen.

Con estos hitos se inició la denominada era espacial, que se caracterizó por el muy rápido desarrollo de nuevas tecnologías (como misilería, ciencia de materiales o informática) en la llamada “carrera espacial”, mantenida entre los Estados Unidos y la Unión Soviética. Gran parte de la tecnología desarrollada originalmente para aplicaciones espaciales ha sido aplicada a otras áreas. En la actualidad, el término “era espacial” todavía tiene connotaciones de novedad e innovación.

¿Cómo se controla cuántos satélites hay en el espacio?

Todos los satélites artificiales que se lanzan son registrados por una institución norteamericana llamada Space Surveillance Network (SSN), la cual permite conocer la localización de los satélites para, entre otros, evitar colocar satélites en el mismo punto y que haya choques entre ellos.

La SSN tiene registrado cualquier objeto fabricado por el hombre, con más de 10 cm de tamaño, que esté orbitando nuestro planeta.

Desde 1957, ha registrado más de 24.500 objetos orbitantes. Gran parte de ellos ya ha finalizado su operación, por lo cual han seguido una órbita inestable, y se han desintegrado o fragmentado al reingresar en nuestra atmósfera.

Para poder colocar un satélite que orbite la Tierra, es preciso un mecanismo impulsor lo suficientemente poderoso como para que el satélite alcance una velocidad de 8 km por segundo.

Además, es necesaria la construcción de un cohete que posea en su interior uno o dos cohetes más pequeños, para poder alcanzar dicha velocidad. El cohete se mantiene activo por unos pocos segundos. Después de este tiempo, comienza a descender.

Por lo tanto, debe ser muy veloz para que el satélite logre salir de la atmósfera terrestre y orbitar la Tierra.

Módulos principales de un satélite

• Módulo de propulsión y empuje

El sistema de propulsión que lleva un satélite está determinado por la posición orbital que necesita alcanzar y por el tipo de misión. El lanzador dejará ubicado al satélite en una órbita superior o de escape; pero, además, el satélite puede llevar su propio módulo de propulsión para realizar un ajuste fino de órbita (por ejemplo, en caso de que el lanzador no le haya dejado exactamente en la posición esperada) o porque, en función de la misión, puede ser necesario que el satélite realice maniobras de mantenimiento de órbita (por ejemplo, el satélite PAZ se tiene que mantener siempre dentro de un tubo de 250 metros de diámetro).

La mayoría de los satélites cuenta con sistemas de propulsión de hidracina y ruedas de inercia, para controlar, tanto la órbita como la actitud del satélite.

• Módulo de potencia

El satélite tiene que generar y distribuir la cantidad adecuada de potencia para que puedan funcionar todos sus instrumentos y módulos, o subsistemas. El método más empleado para ello es mediante paneles solares, los cuales convierten la luz solar en electricidad. El satélite se diseña para que sus paneles solares estén orientados siempre hacia el Sol. Cuando la plataforma está en eclipse debido al paso de un objeto celeste o porque se gira el satélite para una operación de emergencia, se ha de emplear la energía almacenada en las baterías.

Puesto que las diferentes unidades que componen el satélite pueden requerir diferentes voltajes, puede ser necesario convertir y estabilizar el voltaje “bruto” producido por el panel solar antes de ser distribuido a las diferentes unidades, o bien la conversión se puede realizar dentro de estas.

• Módulo de navegación

El sistema de navegación, denominado Control de Órbita y Actitud, es esencial para que el satélite pueda mantener su actitud, esto es, su orientación deseada. Esta capacidad es requerida para mantener los paneles solares apuntados hacia el Sol y los instrumentos apuntando a sus blancos específicos. El control de actitud se consigue mediante el uso de sensores de Sol y de estrellas, los cuales tienen mapeada la posición con alta precisión de estos astros; por esto, detectándoles y mediante triangulación, se puede calcular la posición y la orientación de la plataforma espacial.

Con ello, se requiere un sistema de propulsión y/o volante de inercia controlado por el software correspondiente, que asegura que el satélite es movido u orientado correctamente.

• Módulo de comunicaciones y datos

El sistema de comunicaciones y de manejo de datos se encarga de recibir los telecomandos desde la Tierra, y de transmitir hacia esta los datos de telemetría, tanto de la que contiene los datos de los instrumentos, como los de salud del satélite (se refiere a la denominada telemetría de HouseKeeping, que son una serie de parámetros que monitorizan el estado del satélite para el control en tierra, como sensores de temperatura, de posicionamiento y actitud, de niveles de baterías y propulsión, de estado de paneles solares, etc.). Por lo tanto, incluye procesadores, sistema de memoria a bordo y conversores analógico/digital y digital/analógico.

Los comandos recibidos de la Tierra son almacenados y procesados; pueden ser de tiempo real, es decir que tienen que ser ejecutados en el momento en el que se reciben, o time-tagged, en el que el propio comando incluye información del tiempo en el que se debe ejecutar.

Con respecto a los datos que se mandan a la Tierra, estos también son procesados y encapsulados adecuadamente, incluyendo, según el caso, encriptación (para que una antena que no sea propia que esté escuchando en la Tierra no sea capaz de entender la información transmitida) y técnicas de corrección de errores, para que, en caso de que se pierdan paquetes de información en la transmisión satélite-Tierra, los datos perdidos puedan ser regenerados.

• Carga de pago: instrumento principal y secundarios

La denominada carga de pago constituye el instrumento que permite la funcionalidad principal del satélite y de la misión, y que puede, así mismo, incorporar otros elementos secundarios.

Tipos de satélites artificiales

Hay varios tipos básicos de satélites artificiales que orbitan sobre la Tierra: satélites geoestacionarios y satélites polares.

• Geoestacionarios: son aquellos que se mueven en dirección este-oeste por encima del Ecuador. Siguen la dirección y velocidad de la rotación de la Tierra.
• Polares: se llaman así porque viajan de un polo a otro, en dirección norte-sur.

Dentro de estos dos tipos básicos, tenemos algunos tipos de satélites que se encargan de observar y detectar las características de la atmósfera, los océanos y las masas de tierra. Son considerados satélites ambientales. Se pueden dividir en algunos tipos, como los geosincrónicos y los heliosincrónicos. Los primeros son aquellos que orbitan alrededor del planeta a la misma velocidad que la rotación terrestre. Los segundos son los cuales pasan cada día a la misma hora sobre un punto determinado del planeta. La mayoría de los satélites que son utilizados en las telecomunicaciones en la predicción del tiempo son geosíncronos.

Los satélites artificiales deben ser puestos en órbita mediante algún tipo de lanzamiento espacial, el cual, una vez alcanzada la región de la atmósfera deseada, abandona al artefacto para siempre. Aunque hay cientos de órbitas posibles, generalmente los satélites se ubican en tres tipos de trayectorias:

• Órbita baja terrestre (Low Earth Orbit): entre los 700 y los 1.400 km de altura, con un período orbital de 80 a 150 minutos.
• Órbita media terrestre (Medium Earth Orbit): entre los 9.000 y los 20.000 km de altura, con un período orbital de 10 a 14 horas.
• Órbita alta terrestre (High Earth Orbit): a una altura de 37.786 km sobre el ecuador terrestre, con un período orbital de 24 horas sobre el mismo lugar del planeta.

Una vez en órbita, los satélites despliegan sus paneles solares, lo cual les permite captar energía del Sol para enviar y recibir información e instrucciones desde la Tierra, empleando antenas microondas.

Según la función que desempeñan los satélites, los principales son:

• Satélites de comunicación: ayudan a transmitir y a efectuar telecomunicaciones.
• Satélites meteorológicos: son aquellos empleados para evaluar, medir y predecir condiciones climáticas de la Tierra.
• Satélites de navegación: se usan para conocer la posición precisa y exacta de algo o de alguien. Son, por ejemplo, los utilizados por los sistemas de GPS, Galileo y GLONASS.
• Satélites de reconocimiento: más conocidos como satélites espías; se utilizan en el ámbito militar o en servicios de inteligencia.
• Satélites astronómicos: se fabrican para observar galaxias, planetas, asteroides u otros objetos astronómicos.
• Satélites de energía de solar: sirven como fuente de alimentación de energía; la reciben desde el sol y se redirecciona hasta las antenas de los hogares en la Tierra.

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